高速铁路环境振动特性研究

在对我国高速铁路环境振动实测的基础上,分析了我国高速铁路环境振动特性。实测分析结果表明：对于350km／h客运专线,高速动车组运行时铁路环境振动主频出现在40Hz左右;对于250km／h客运专线,高速动车组运行时铁路环境振动主频出现在25Hz左右;货物列车运行所产生的铁路环境振动,其主频大多出现在12．5Hz左右。地面环境振动传播规律为近场范围内距线路距离加倍,环境振动衰减2～3dB。列车引起的地面振动随车速的提高而增大,与日本新干线的桥梁及其周围地面的振动进行的测试结果基本一致。     

高速铁路路堑段地面振动试验研究及数值分析

为研究高速铁路路堑在高速列车荷载下的地面垂向振动随距离传播规律,对宝兰高铁路堑段地面垂向振动进行现场试验,对现场试验的数据从时域和频域两个方面进行分析揭示地面垂向振动加速度响应特征。结果表明,路堑垂向振动加速度在距离线路中心线12.5～40 m总体呈衰减趋势,靠近线路中心线处12.5～20 m处垂向振动加速度衰减较快,较远处20～40 m处衰减速度较慢。地面垂向振动加速度在各测点处由60 Hz及100 Hz附近的频率成分主导,随着距离的增大,110 Hz左右的高频成分衰减很快,到了距线路中心线20～40 m,振动加速度在60 Hz左右的频率成分占优。依据现场工况,建立了列车-轨道-路堑-地基数值分析模型,并通过数值试验的方法,设置不同的场地速度特性,分析不同场地条件对路堑振动响应的影响。数值分析表明,场地速度特性(覆盖层与下卧层模量比、覆盖层厚度)是影响地面振动剧烈程度的重要因素,地基覆盖层与下卧层模量比越大,地面振动越强烈,模量比一定,覆盖层厚度越小,地面振动越大。     

高铁滨海北站路基段环境振动试验研究与数值分析

为了研究高速铁路列车在路基段运行时引起的周边环境地面上的竖向振动特性和传播规律,进行现场试验和数值分析。实测结果表明:高速铁路路基段周边环境地面不同距离测点的Z振级均小于78 d B,振动并没有随距离衰减,只是在距离外轨30~60 m范围内有减弱;距离线路外轨30 m外的环境振动的频谱主峰频率以小于10 Hz的低频为主;振动频谱中并没有显现出高频振动衰减快、低频振动衰减慢的规律。基于FLAC3D的数值分析结果与实测值吻合良好,验证了模型的合理性,并分析群桩加固区对振动的影响,结果表明:在路基段采用群桩基础对地基进行加固,可有效降低高速铁路列车运行对路基段周边环境振动的影响。     

地铁车辆段试车线车致振动特性实测与分析

以某地铁车辆段试车线列车运行的振动特性为主要研究对象,实测了列车以不同速度出入库时所引起的轨道区、地面区和室内区的振动加速度响应.从时域和频域角度分析了振动传播特性.结果表明:轨道区振动以高频成分为主,且随振动传播过程衰减较快;随着列车速度的增加,各测点的振动强度整体呈现增大趋势,但地面和室内测点的振动小于63 Hz,...     

松软土地区高速铁路高架桥车致地面振动试验研究

对京沪高速铁路丹昆特大桥桥墩及周围自由场地进行振动测试,研究运行速度300 km/h的高速列车通过高架简支梁桥的环境振动水平及振动衰减规律。研究表明,高铁列车运行引起的地面振动在桥墩附近10 m范围内的近地场振动衰减较快,且存在振动反弹区;40 m以外的远地场振动衰减较为平缓。从1/3倍频程分析,地面竖向振动的优势频段为25~60 Hz,但该频段振动衰减较快;20 Hz以下的分频振动衰减较慢,且通常低于一般减隔振措施的减振频率范围,应引起足够重视。高速铁路高架桥引起的周围环境振动整体较小,在距离轨道中心线40 m以外,地面的竖向加速度满足特殊住宅区的振动要求。研究成果可为高速铁路高架桥减隔振设计及环境振动评估提供数据参考。     

地铁过渡段结构振动响应特性与噪声分析

为研究地面过渡段地铁振动的响应特性,对广州市坑口地铁站前所处地面过渡段轨行区以及其临近地面进行振动以及噪声测试,对所得振动加速度进行傅里叶变换,分析了列车振动在横向上的传播规律以及列车振动的影响因素,得到了以下结论:列车制动行为、钢轨接头以及列车载重的增加会增强列车振动,而碎石道床可以有效减弱列车振动的传播;上、下行线列车经过时,其轨枕测点振动加速度峰值分别为10.80和4.22 m/s2,地面振动加速度峰值为0.07 m/s2,振动加速度在横向上的传播呈现逐渐衰减的趋势;列车振动引起下方轨枕最大频响在110 Hz左右,频响范围为0～400 Hz;旁边轨道轨枕最大频响在80 Hz左右,频响范围为0 ～200 Hz;地面最大频响在50 Hz左右,频响范围为0 ～100Hz;整体车致振动传播过程中高频成分衰减较大,到了地面低频响有所放大;列车运行致使振动噪声在地面临近轨道一侧噪声最大值为95.5 dB,远离轨道建筑物楼底噪声最大值为87.9 dB,超过规范噪声限制75 dB,振动噪声在横向上有小幅度衰减.     

地铁隧道列车运行诱发环境二次振动初探

建立了车-线-隧道耦合动力学模型,输入实际的列车、轨道、隧道承力结构参数,获得地铁列车运行时的隧道承力结构动态激励。在此基础上,综合运用有限单元法和无限边界元法,建立了隧道-土体-建筑动力耦合模型,分析隧道周围土体及沿线建筑物的受振特性,探析地铁列车振动对环境的影响规律。结果表明:地铁列车运行引起周围环境的二次振动为低频振动,且主要为竖向振动和横向振动;列车通过时,地面竖向振动最大值出现在距离隧道中心线10 m处,竖向振动加速度除了在距离隧道中心线45 m点出现反弹外,其他各点的振动加速度幅值基本上都是随着距离的增加而逐渐减小;随着传播距离的增加,较高频率的振动成分幅值衰减较快。     

列车荷载作用下黄土阶梯斜坡的动力响应及稳定性研究

为研究黄土阶梯式斜坡的场地效应,选取宝兰客专通渭—秦安某路堤段阶梯式斜坡为研究对象进行现场测试和数值分析。对测试加速度时程从时域和频域2方面进行分析,研究不同列车对各阶梯田的振动特性的影响,研究结果表明:随着与轨道中心距离的增大,振动加速度峰值基本呈衰减趋势,但在第4阶梯田位置出现明显的振动反弹增大;各阶梯田处的加速度峰值和振动加速度级受到列车速度的影响,但由于振动放大区的存在,使得第3～5阶梯田处的加速度峰值在列车速度较小时,达到最大值;通过1/3倍频程分析,振动放大区主要对中心频率为1～10 Hz的成分进行放大。建立路基-地基-阶梯式斜坡模型,研究地基和各阶梯田土体弹性模量变化对振动的影响,发现在列车荷载和重力耦合作用下,使得各阶梯田边缘位置的最大位移和Mises应力大幅增大;地基土体弹性模量变化对各阶梯田处的振动都有明显的影响,而阶梯田土体弹性模量变化只对该阶和相邻前后2阶梯田的振动有影响,对远离该阶梯田处的振动基本无影响。     

地铁提速对减振垫浮置板轨道振动特征的影响分析

为研究地铁列车提速对减振垫浮置板轨道的振动特征的影响,对比分析地铁列车行车速度为80 km/h和120 km/h工况下减振垫浮置板轨道时域和频域的实测结果。分析结果表明:行车速度对减振垫浮置板轨道结构垂向位移的影响不大;行车速度为120 km/h的工况下钢轨、浮置板、隧道的振动加速度1/3倍频程的峰值较行车速度为80 km/h的工况下的峰值分别有6.2、2.8、0.5 dB的增大;分频段分析各测点振动加速度综合振级,结果显示:在0~20 Hz与20~80 Hz频段内,只有钢轨的振动加速度综合振级增长超过5%,浮置板与隧道振级变化均小于2.5%,在80~120 km/h速度范围内,行车速度的提高对减振垫浮置板轨道隧道振动的影响并不明显。     

地铁减振垫轨道结构对车致环境振动的影响分析

减振垫轨道是城市轨道交通高等减振措施中常用的一种轨道结构。为了研究减振垫轨道结构对车致环境振动的影响,首先对减振垫轨道的模态进行分析,其次建立了地铁列车-减振垫轨道-隧道-土体-建筑物系统模型。该系统模型分为两个子模型,将子模型1中的竖向轮轨力作为子模型2的外加激励,计算分析了轨道板、隧道壁、地面和楼层的车致振动加速度特性与振级特性。研究结果表明:由列车运营引起的振动在传递途径中,竖向振动加速度由轨道板到隧道壁的衰减量远大于由隧道壁到地面的衰减量,楼层和地面的竖向振动加速度水平基本相当;轨道板、隧道壁、地面和楼层的1/3倍频程加速度级两个峰值对应的中心频率31.5 Hz、80 Hz与轨道板第5阶、第10阶主振型的固有频率有关;减振垫轨道的中心频率介于3.15 Hz和8 Hz之间的减振效果较好;隧道埋深大于11 m,以及采用减振垫轨道结构的情况下,隧道正上方地面和楼层的Z振级最大值均小于70 dB,能够满足环评标准的要求。     

时速120 km地铁多种减振轨道结构振动特征分析

为研究时速120 km地铁多种减振轨道结构的振动特征及振动传播规律,对比分析了某时速120 km地铁线路上的DZ-Ⅲ型减振扣件轨道、GJ-Ⅲ型减振扣件轨道、减振垫浮置板轨道在时域和频域内的实测结果。时域分析结果表明:3种轨道结构的浮置板(道床板)振动加速度幅值大致相等,减振垫浮置板轨道处隧道振动加速度幅值比其余2种轨道处小一个数量级,更有效地削减了振动加速度幅值。频域分析结果表明:在20~80 Hz和0~20 Hz频段内,减振垫浮置板轨道的隧道振动加速度级比另外2种轨道小,减振效果更好。除GJ-Ⅲ型减振扣件轨道钢轨与道床板间在0~80 Hz频段内衰减不明显外,振动加速度的传播大致遵循由钢轨到浮置板(道床板),再到隧道逐层衰减的规律。     

考虑CA砂浆黏弹特征的轨道-路基动力响应分析

为探究轨道-路基结构的动力响应及结构存在损伤时对系统动力响应的影响,以速度350 km/h的高速铁路无砟轨道-路基结构为研究对象,建立无砟轨道-路基-地基大耦合的全尺寸三维数值模型,考虑CA砂浆黏弹特性与土体材料非线性,模拟轨道-路基系统在10 s动荷载作用下竖向动位移、动应力及动加速度的变化规律.研究结果表明:考虑C...     

沪宁城际铁路振动对周围环境及邻近铁路地基沉降的影响研究

本文对沪宁城际高速铁路列车运行引起的周围环境振动特性和振动传播规律,以及振动对京沪铁路地基沉降的影响进行研究。通过建立数值模型,分析桩网结构地基加固方式和土质条件对振动的影响,并对振动引起的京沪铁路地基土体累积变形进行了预测。结果表明:采用桩网结构进行地基加固后,地面振动减弱,且距离地基加固区越近,减振效果越明显,距线路中心线10m处地面振动加速度峰值下降约33.8%;土质条件对振动传播有较明显的影响,软土条件下,振动衰减较快,近场地面处的振动较大,应重点关注振动对行车安全的影响;较硬土质条件下,振动衰减较慢,应重点关注振动对周围环境的影响;当地基表层和底层土体硬度较大,且中间夹有软土层时,振动衰减速度缓慢,应注意振动的影响范围。两线路基坡脚间距为20m时,在沪宁城际铁路当前轨道平顺性和平顺性恶化条件下,列车运行导致京沪铁路地基土体累积变形量分别增加3.44%和7.07%;坡脚间距为5m时,列车运行导致京沪铁路地基土体累积变形量增加18.36%,这反映出轨道平顺性和线间距(沪宁城际与京沪铁路间距离)对列车荷载循环作用下的地基土体累积变形影响较小。     

冲压机械振动对高铁桥梁及行车动力影响分析

高速铁路桥梁的平顺性和稳定性对运营列车的平稳性和安全性有很大影响。为研究冲压机械产生的外部振动激励对高铁桥梁的影响,首先通过对此机械引起的地面振动进行实测,并结合有限元分析软件,确定最大冲击荷载作用下产生的地面振动及传播至桥墩处的振动;然后通过建立列车-轨道-桥梁耦合动力学模型,将桥墩处的地面振动作为激励输入,分析列车以不同速度通过时车辆、桥梁动力学响应。结果表明:地面冲击振动有限元模型计算结果与实测结果基本相符,验证了模型的可靠性;地面振动对桥梁响应会产生一定的影响,距振源50 m处地面振动对桥梁所产生的影响较距振源80 m处(桥墩处)的大,但对运行车辆的影响很小;随着车速由250 km/h至350 km/h,车辆及桥梁各结构的动态响应均有所增大,但都未超出安全限值。因此,冲压机械冲击作用导致的地面振动对列车-轨道-桥梁系统动态服役性能影响非常有限。     

宝兰客专路堤段地面振动特性 试验研究与数值分析

基于高速列车动荷载激励引起的无砟轨道-路基-黄土地基体系的地面振动问题,对宝兰客专DK993+110处路堤区段地面振动进行试验研究和数值分析。对试验数据从时域和频域2个方面进行分析,研究不同车型的动荷载引起地面垂向振动加速度在黄土地基中的衰减规律,研究结果表明;在距离线路中心线10～24m衰减较快,随着距离增大,距离线路中心线24～42m衰减速度趋于平缓,且在30～42m处各型车引起地面振动均出现了振动反弹增大现象。建立车辆-轨道-地基系统模型,研究列车动荷载作用下的地面响应,发现与实测结果吻合良好,验证模型的合理性与计算的正确性,依据不同场地速度结构,通过改变地基介质模量比和覆盖层厚度的方式,分析地基介质模量比和覆盖层厚度对振动反弹增大的影响。分析车速对地面振动的影响,发现地面振动随车速增大呈增大趋势,且不同车速列车引起振动反弹区域也有一定差异。按《城市区域环境振动标准》评价该处地面振动Z振级,回归分析得出各型车引起Z振级符合对数衰减规律,但在振动反弹区30～42m处拟合效果较差,表明拟合公式适用范围应当限定在10～30 m之间。     

基于现场测试的曲线段地铁地面振动传播规律

在地铁区间为小半径曲线、地面无干扰振源并可以布置高密度测点的珍贵测试条件下,采用高灵敏度数据采集与分析系统,对北京地铁某曲线段进行地面振动测试。根据测试数据,研究地铁列车通过曲线段时引起地面振动加速度的时域和频域内传播规律。结果表明:在距离隧道中心线100m范围之内,地铁运营引起地面振动加速度的时程峰值主要在10-2 m·s-2量级,远大于背景振动下的10-4 m·s-2量级;在距离隧道中心线50m范围之内,水平振动强度是竖向振动强度的2～4倍,建议在涉及曲线段地铁的环评中应同时考虑竖向振动和水平振动的影响;水平振动加速度的主要频率成分为30～120Hz,建议在关于曲线段地铁的试验、测试和模拟中应选取较宽的频率分析范围;地面振动加速度频谱幅值随着与隧道中心线间距离的增加而呈波动性衰减。     

中低速磁浮列车-简支梁系统耦合振动试验研究

为探讨中低速磁浮列车-简支梁系统的耦合振动特性,以长沙中低速磁浮交通运营线中的一跨25m简支梁为研究对象,开展现场动载试验,对磁浮列车及简支梁的各动力响应值进行测试和分析。研究表明:磁浮列车、简支梁的动力性能良好,均满足规范要求;随着车速的增加,简支梁竖向与横向的各动力响应值均增大,且竖向增速大于横向;简支梁竖向加速度峰值集中在20 Hz以内,横向加速度远小于竖向加速度,且集中在20~80Hz;空气弹簧具有良好的隔振作用,使车体表现为低频振动(竖向1 Hz、横向1.5 Hz),悬浮侧架的加速度明显大于车体,含有较显著的中高频振动(50~100Hz)成分。     

速度300 km/h列车振动荷载下隧道衬砌加速度响应规律分析

通过现场试验和有限元数值模型计算的方式,对衬砌在速度300 km/h列车荷载作用下的加速度响应规律进行了研究,经过高速铁路隧道现场衬砌振动测试和数值模型计算结果对比,验证了衬砌动力计算模型的正确性和可靠性;振动荷载在衬砌拱圈中的竖向振动加速度由墙角向拱顶呈下降趋势,拱圈横向振动加速度则呈现由墙角到拱顶先下降后增大的趋势,横向和竖向加速度的绝对值在接近列车侧均明显大于远离列车侧;证实了动车组列车轮对二阶固有频率对隧道衬砌拱圈振动加速度响应频率有较大影响;拟合得到了速度300 km/h列车作用下隧道衬砌拱圈横向和竖向振动响应加速度传递经验的三角函数公式。研究结果可为后续隧道衬砌在列车荷载作用下振动响应机制的研究提供参考。     

地铁车辆段减振道岔减振特性试验研究

研究目的:地铁车辆段具有道岔和轨道接头多、曲线半径小、列车行车速度低等特点，其轨道结构的减振设计一般参照地铁正线，实际减振特性尚不明确。为掌握双层非线性扣件在车辆段内轨道道岔运用效果，对车辆段内减振道岔进行试验研究。研究结论:(1)双层非线性减振扣件能够减小钢轨传至扣件减振层以下的道床和盖板地面处振动，但扣件减振层以上的钢轨处振动显著增大；车速20 km/h时，辙叉处道床和盖板地面分别衰减6.6 dB和4.1 dB,钢轨处增大8.6 dB;(2)采用双层非线性扣件后，钢轨振动在大部分频段范围都增大，其中在10～20 Hz最为显著；道床在60～400 Hz之间衰减比较明显；盖板地面处衰减主要在20～60 Hz之间，但在5 Hz和10 Hz附近出现一定的放大；(3)减振道岔处钢轨-道床传递损失明显大于普通道岔，振动从钢轨传至道床处时，在1 000 Hz范围内都发生了衰减，其中在20 Hz以内衰减最为显著，衰减量在35 dB以上；(4)本研究成果可应用于铁道工程减振设计领域。     

货物列车运行引起的大地振动及其对精密仪器的影响

利用有限元法,建立轨道-桥梁及桥墩-基础-大地计算模型,计算货车在不同运行速度下引起的大地振动响应,得出振动加速度、速度及位移沿距离的衰减规律,分析铁路环境振动对铁路沿线厂房内精密仪器的影响。研究表明:货物列车速度对振动响应的影响较大,速度越高,地面上相同位置上的振动响应越大;振动加速度、速度和位移沿距离的衰减特性基本一致,呈现指数曲线的衰减规律;两货车以120,100和80 km/h的速度在精密仪器厂房附近交会时,光谱仪的加速度、速度及位移的预测值满足仪器振动限值要求,制芯机的加速度预测值满足仪器的限值要求。